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如何清洗天然氣壓縮機？

如何用化學清洗的方式清洗壓縮機的冷卻系統(tǒng)?: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-09-23

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天然氣壓縮機冷卻器清洗加壓站集氣站化學清洗壓縮機清洗[簡介] 本文根據(jù)國內(nèi)高海拔高寒地區(qū)的環(huán)境條件，提出CNG加氣站建設所需CNG壓縮機的要求，著重分析探討了適應該地區(qū)條件的CNG壓縮機冷卻系統(tǒng)設計的方案對策，并提出優(yōu)選方案。 1 前言壓縮天然氣（CNG）作為汽車燃料，具有經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性等優(yōu)點，已是各國公認的最現(xiàn)實最理想的汽車清潔燃料。大力推廣天然氣汽車，能顯著地減少城市大氣環(huán)境污染，環(huán)保效益十分顯著，對促進天然氣產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展和能源結構多元化都有重要戰(zhàn)略意義。因此，在國家大力提倡綠色能源的背景下，積極挖掘天然氣能源潛力，廣泛應用于汽車領域，減少汽車對汽油的依賴，是我國能源接替戰(zhàn)略的一個重要發(fā)展方向。隨著我國西氣東輸工程的投入使用，CNG技術在各地的應用更加廣泛，不僅在天然氣管網(wǎng)發(fā)達的四川、重慶等省市得到廣泛應用。而且，在華東、中南、華北地區(qū)也從2006年起開始大面積啟動，在西寧、新疆等高海帕高寒的西北地區(qū)現(xiàn)已建成部分加氣站，但與市場的需求量來看，加氣站能力已不能滿足市場的需要，仍面臨必須增加CNG站的數(shù)量及對原加氣站的擴容。尤其對CNG站的關鍵核心設備天然氣壓縮機如何適應及滿足高海帕、嚴寒、缺水、濕熱等地區(qū)應用提出更高要求。因此，在設計壓縮機時必須要有一個高的起點，在技術上應充分保證壓縮機應能滿足運行地域廣泛、氣象條件惡劣等工況的要求，滿足持久、安全、可靠的運行。本文依據(jù)近年來CNG站建設的實踐經(jīng)驗，就高海帕高寒地區(qū)CNG壓縮機冷卻系統(tǒng)設計的方案對策，進行分析探討，并提出優(yōu)選方案，供同行參考商榷。2 高海帕高寒地區(qū)工況特點2.1 環(huán)境條件年極端最高氣溫： 35.2℃ 年極端最低氣溫： -28.2℃ 最熱月平均最高氣溫： 24.5℃ 最冷月平均最低氣溫： -13℃年平均相對濕度： 67％年平均氣壓： 98.2kPa2.2 工況特點最熱月平均最高氣溫不高，最冷月平均最低氣溫較低，且低于0℃ ，風沙揚塵較大。CNG壓縮機具有運行地域極為廣泛、氣象條件差異極大的特點：嚴寒、高海拔、缺水、濕熱等惡劣氣候條件。3 壓縮機冷卻部位和作用天然氣壓縮機在運轉期間，天然氣經(jīng)壓縮后，不僅壓力升高，而且氣體溫度升高，氣缸和填料的工作表面溫度也隨之升高，機身潤滑油溫度也隨之升高。因此，在壓縮機運轉時，需要進行級間、終級、氣缸、填料、潤滑油等的冷卻。3.1 級間冷卻經(jīng)過壓縮的天然氣要使用級間冷卻器進行級間冷卻，以保證下一級壓縮后溫度不致于超過規(guī)定溫度。壓縮氣體的級間冷卻優(yōu)劣直接影響到壓縮機工作的可靠性與經(jīng)濟性。終級冷卻終級壓縮的天然氣要使用終級冷卻器進行終級冷卻，以保證壓縮機終級排出的天然氣溫度符合規(guī)定要求，即壓縮天然氣溫度低于45℃或不高于環(huán)境溫度15℃的要求；同時，可減小氣體流動阻力損失或減小氣體管道直徑。經(jīng)終級冷卻器冷卻后，使天然氣溫度降低，使氣體中所含水分與油霧便于分離，以改善氣體品質(zhì)。氣缸和填料冷卻為使壓縮機能正常運行，通過冷卻帶走氣缸和填料的部分熱量，減小摩擦磨損，因此，應對氣缸進行冷卻。機身潤滑油冷卻要使?jié)櫥筒恢乱驕囟冗^高引起潤滑性能變化，同時，使傳動機構各運動部位散熱降溫，潤滑油也必須進行冷卻，使油溫保持在合適的范圍內(nèi)。4 對冷卻系統(tǒng)與設備的要求依據(jù)高海帕高寒地區(qū)工況特點，對冷卻系統(tǒng)與冷卻設備的總體要求如下：（1）必須滿足熱力設計中對各級間冷卻與終級冷卻的溫度要求，即能釋放所應導走的熱量，滿足壓縮氣體冷卻的要求，壓縮機終級氣體排氣溫度低于45℃或不高于環(huán)境溫度15℃的要求。（2）滿足潤滑油冷卻散熱的要求。（3）壓縮機停機后，冷卻介質(zhì)防凍的要求。（4）總傳熱系數(shù)高，使冷卻器結構尺寸小、重量輕。（5）流動阻力損失小。在氣側可減小壓縮機所消耗的功，也可減少熱交換器的熱負荷。（6）系統(tǒng)應簡單可靠，便于清洗維修。5 設備設計對策鑒于高海帕高寒地區(qū)工況特點及對設備的要求，壓縮機的冷卻方式有全風冷式、循環(huán)水冷式和水風混合冷卻式等三種設計方案對策。5.1 采用風冷式冷卻系統(tǒng)方案壓縮天然氣采用空冷卻器強制風冷卻，氣缸與填料水套和潤滑油采用閉式循環(huán)水（環(huán)境溫度低于0℃是采用防凍液）冷卻，適用于高寒地區(qū)及特別缺水地區(qū)。（1）氣體的冷卻根據(jù)氣體流動傳熱原理，使增壓后的高溫天然氣在不銹鋼翅片管做成的換熱器內(nèi)流動，風機產(chǎn)生的冷卻空氣則垂直于換熱管束流過，使換熱器熱量快速傳遞，將天然氣的熱量帶走，達到風冷卻器強制冷卻的目的。天然氣空冷卻器采用高翅片以達到高效換熱效果，按照使用當?shù)氐沫h(huán)境條件設計，保證可以在復雜的氣候條件下有效地工作，使出口處的天然氣溫度不高于45℃或不比環(huán)境溫度高15℃。天然氣氣路系統(tǒng)流程見圖1。（2）氣缸和填料水套的冷卻普通全風冷式壓縮機的氣缸不設置散熱翅片而采用自然冷卻，機身潤滑油則采用翅片管冷卻器由風扇強制冷卻。但為保證氣缸和填料水套的熱量能有效帶走，減小摩擦磨損，有效延長壽命，本文作者推薦壓縮機主機各級氣缸和填料應設置冷卻水套，在空冷卻器的下部設計相應傳熱面積的翅片管冷卻器，通過空冷卻器、水泵、管道等組成閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)對其進行循環(huán)冷卻。冷卻循環(huán)液自各級氣缸進水口通過進水匯管連接在風冷器循環(huán)水泵出口上，各級氣缸冷卻水排水口口匯于排水總管后回到風冷器中冷卻，冷卻水流量通過排水總管上的截止閥進行控制。因冷卻氣缸而升溫的水，再通過空冷卻器釋放熱量。在環(huán)境溫度低于0℃時，采用防凍液替代冷卻水。氣缸填料和潤滑油冷卻水路系統(tǒng)流程見圖2。（3）機身潤滑油冷卻壓縮機運轉時，要使?jié)櫥筒恢乱驕囟冗^高引起潤滑性能變化，同時，使運動部位散熱降溫，潤滑油也必須進行冷卻。壓縮機機身潤滑油的冷卻一般采用專門的列管式冷卻器進行冷卻。冷卻循環(huán)液自機身油池冷卻器進水口通過進水匯管連接在風冷器循環(huán)水泵出口上，機身油池排水口匯于排水總管后回到風冷器中冷卻，冷卻水流量通過排水總管上的截止閥進行控制。5.2 采用水冷式冷卻系統(tǒng)方案壓縮天然氣、氣缸與填料水套和潤滑油采用開式循環(huán)水冷卻。開式系統(tǒng)是指在環(huán)境空氣中爆氣降溫的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷卻循環(huán)水因冷卻氣體、氣缸與填料水套和潤滑油而升溫后，再送至玻璃鋼水冷卻塔、水池進行冷卻，然后再通過水泵進行循環(huán)使用。由于此種開式系統(tǒng)中的冷卻循環(huán)水必須在環(huán)境空氣中爆氣降溫，不僅水質(zhì)不容易控制，而且還需定期補充水，并且冷卻塔與管道配置及水泵要增加一次性投資，水泵與冷卻塔中的風扇也要消耗一定電能。在高寒地區(qū)使用采用水冷式冷卻系統(tǒng)方案還應注意解決的問題及應采取的對策如下：（1）在冬天使用的防凍問題及設計冷卻系統(tǒng)的對策。在室內(nèi)地下設置水容積10m3以上的水池，水泵及管道等設置在室內(nèi)，水池上的屋頂放置玻璃鋼冷卻塔。當壓縮機在正常工作時，冷卻水因冷卻氣體而升溫后由玻璃鋼冷卻塔散熱。當壓縮機在停止工作時，冷卻水即匯集在水池內(nèi)，由于水池設置在室內(nèi)，加之高寒地區(qū)的室內(nèi)均設有暖氣，因此，無須放掉冷卻器、氣缸水套等水路系統(tǒng)內(nèi)的余水也不致凍裂設備。（2）選擇合理的換熱器結構型式，提高冷卻器換熱效果，使冷卻器結構尺寸小、重量輕。應根據(jù)壓力溫度等技術參數(shù)選擇合理的換熱器結構型式，選擇新型高效的換熱元件。建議采用不銹鋼材質(zhì)的三維內(nèi)肋管作為換熱管，不僅可提高換熱面積，同時，可將氣體由層流變?yōu)槲闪?，提高傳熱系?shù)。（3）避免腐蝕結垢及便于清洗問題。循環(huán)冷卻水一般雖采用了電子除垢器或鈉離子交換軟化法進行處理，但效果不佳。循環(huán)冷卻水的水質(zhì)受各種因素的綜合影響，濁度較高（有時高達600×10-6）、懸浮物含量高、硬度較高，甚至含油，菌藻滋生嚴重，水質(zhì)較差。冷卻水的循環(huán)使用，對換熱器帶來腐蝕、結垢和粘泥問題，尤其是管間環(huán)隙結垢相當嚴重，甚至被堵死，冷卻效果極差，對壓縮機的安全、穩(wěn)定、長期運行構成較大危害。冷卻芯子一旦結垢，采用抽出人工清除的辦法極難清除。目前，正逐步推廣循環(huán)水流再線清洗與化學循環(huán)水流停機清洗相結合的先進可行的除垢新工藝。因此，冷卻芯子應便于抽出清洗，換熱管要求采用不銹鋼材質(zhì)，以便于進行定期化學清洗除垢而不致化學腐蝕。5.3 采用混冷式冷卻系統(tǒng)方案將玻璃鋼冷卻塔及水池這種開式冷卻循環(huán)系統(tǒng)改為水循環(huán)風冷卻器閉式循環(huán)系統(tǒng)，即各級排氣、氣缸填料水套、機身潤滑油等的冷卻采用閉式循環(huán)水冷卻。循環(huán)水的熱量通過翅片管式風冷卻器進行強制換熱冷卻，循環(huán)水始終處于密閉系統(tǒng)內(nèi)。在閉式系統(tǒng)中，使冷卻循環(huán)水在冷熱交換時不和環(huán)境空氣接觸，使用含防凍液的軟化水的閉式系統(tǒng)，在防止水垢、腐蝕等方面，有著強的綜合優(yōu)勢。（1）由于采用風扇吸風式強制冷卻，換熱效果好，在滿足冷卻循環(huán)水量需要情況下，實際所需要的水量不大，可設計成一定容積的水箱。因此，可在水箱內(nèi)加注蒸餾水或純凈水，完全避免了冷卻水本身水質(zhì)差及蒸發(fā)濃縮等造成的腐蝕、結垢等一系列問題。特別是可以在水箱內(nèi)改加注防凍冷卻液，以適應冬季高寒的北方地區(qū)及沙漠缺水地區(qū)。（2）對循環(huán)水進行強制冷卻的空冷卻器為低壓設備，翅片換熱管可采用鋁材或銅材制造，傳熱效果比鋼材更佳，制造難度和成本相對較低。6 冷卻方案特點比較從上述高海帕高寒地區(qū)壓縮機的冷卻方式設計方案中，可以看出，風冷式、水冷式和水風混冷式等三種方案，各有特點。若換熱器承擔的熱負荷相同、被冷卻的壓縮氣體的降溫相同的情況下，三種方案比較如下。6.1 冷卻效果方面水冷式效果最好，水風混冷式效果其次，風冷式效果較差。開式循環(huán)水冷系統(tǒng)中，冷卻水通過玻璃鋼冷卻塔噴撒，冷卻水在環(huán)境空氣中爆氣降溫徹底。壓縮天然氣經(jīng)過水冷卻器后出口處的天然氣溫度，一般不高于環(huán)境溫度10℃。采用風冷式時，出口處的天然氣溫度一般比環(huán)境溫度高10～15℃。6.2 冷卻器體積方面水冷式體積最小，風冷式體積較大?？諝獾谋葻醿H為水的1/4，則所需的空氣量將為水的4倍，再由于為提高空氣側表面的換熱系數(shù)，空冷器一般采用高翅片管作換熱元件，因此，相對于水冷卻器，風冷卻器體積就大得多。6.3 資源配置與經(jīng)濟性方面在吸排氣壓力、排氣量相同的情況下，混冷式CNG壓縮機的制造成本高于風冷式，風冷式CNG壓縮機的制造成本高于水冷式。但就加氣站成套設備和占地費用進行比較，由于循環(huán)水冷式壓縮機需配置循環(huán)水泵、玻璃鋼冷卻塔及盛水池、電子除垢器、水管路、水閥等，混冷式壓縮機也需配置循環(huán)水泵、風冷器、水管路、水閥等，這些都會增加輔助設備費用和增加占地費用。可見不同冷卻方式的天然氣加氣站，其建站總費用相差不大，甚至全風冷式CNG壓縮機可能更為經(jīng)濟。6.4 運行與維護方面全風冷式CNG壓縮機無需增添一整套的管道、泵、水處理輔助設備，空氣可免費取得；由于水冷式系統(tǒng)存在腐蝕、結垢、清洗等一系列問題，風冷系統(tǒng)的維護費用一般為水冷系統(tǒng)的20%-30%，加上目前世界水資源供應形勢日趨嚴峻，故風冷的優(yōu)越性亦愈來愈突出。6.5 振動與噪聲方面采用同樣的成橇方式，水冷式壓縮機的振動遠小于全風冷式CNG壓縮機。在無特殊降聲措施如設置隔聲罩，全風冷式CNG壓縮機的噪聲遠高于水冷式。7 結論綜上分析討論，茲得出如下結論：（1）風冷式CNG壓縮機具有全天候地域運行的極強適應性，在水冷式壓縮機難以適應的高寒、缺水地區(qū)也能正常工作，表現(xiàn)出獨特優(yōu)點。本文推薦采用的風冷式系統(tǒng)中，壓縮機氣缸填料、潤滑油采用一套由較小的風冷器、管道、泵等組成的閉式循環(huán)系統(tǒng)，比氣缸無散熱翅片而是自然冷卻，各級氣體冷卻器、機身潤滑油冷卻器采用翅片管式的全風冷式系統(tǒng)更優(yōu)越。（2）根據(jù)壓縮機個體的具體情況，客觀、科學地選擇壓縮機的冷卻方式。既不能認為水冷式壓縮機一定安全可靠、排氣溫度低，也不能認為風冷式壓縮機排氣溫度一定高。（3）機身油池和氣缸填料潤滑注油器中設置防爆型電加熱器，保證在高寒地區(qū)運行可靠。: 回答者：網(wǎng)友

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